Nå kan vi suge hydrogen ut av det blå
Hydrogen kan drive eksosfrie biler og varme opp hjem, men er komplisert å utvinne. Nå suger forskere gassen rett ut av luften med en enkel maskin. Gjennombruddet åpner døren for en ny tidsalder med hydrogen som drivstoff.
På et bord i et laboratorium snurrer en liten vindturbin ivrig rundt.
Strømmen går gjennom en svamp, og i et lite vannbad ved siden av den pussige maskinen begynner det å boble.
Boblene er hydrogen, og maskinen er en sensasjon, for hydrogenet har bokstavelig talt blitt trukket ut av det blå.
Hydrogen er valgt ut til en nøkkelrolle som grønt drivstoff, men fram til nå har gassen blitt utvunnet av vann, og det er en langsom og dyr affære.
Alt det endrer seg nå hvis den banebrytende oppfinnelsen fungerer også utenfor laboratoriet.
Metoden kan nemlig gjøre det mulig å utvinne hydrogen hvor som helst på kloden, selv i de tørreste og mest øde områdene.
Men mulighetene stanser ikke der. Den overraskende enkle maskinen kan også bli nøkkelen til å produsere hydrogen i verdensrommet.
Hydrogen gir grønn forbrenning
Hydrogen vil spille en viktig rolle i den grønne omstillingen, for gassen er både ren og energirik. Den kan brukes til alt fra å varme opp hus til å drive biler.
I 2021 satte hydrogenbilen Toyota Mirai for eksempel verdensrekord ved å kjøre 1360 kilometer med bare 5,7 kilo hydrogen på tanken.
Hydrogen kan også bli det drivstoffet som store skip bruker i framtiden.
Båten Energy Observer seiler på hydrogen som blir produsert ved hjelp av strøm fra solceller på dekk.
Hydrogen er i tillegg CO2-nøytralt.
«Eksosen» fra hydrogenforbrenning er nemlig helt vanlig vanndamp.
Hydrogen finnes overalt
Selv om hydrogen er det vanligste stoffet i universet, er det sjeldent i ren form her på jorden. Stoffet er som regel bundet til andre grunnstoffer i større molekyler, for eksempel vann, som består av hydrogen og oksygen – H2O.
Det er heldigvis massevis av vann på jorden som vi kan høste hydrogen fra, men flytende vann har sine problemer.
97 prosent av vannet på kloden er saltvann, og salt forstyrrer prosessen der man spalter vann til hydrogen og oksygen – elektrolyse.
Kloridionene i saltet binder seg nemlig til den ene elektroden i elektrolyseapparatet, slik at elektroden korroderer, altså brytes ned.
Derfor holder eksperter på å utvikle alternative metoder, og en forskergruppe i Australia fikk en lur idé: La oss utnytte luften rundt oss.
Knusktørr luft inneholder vann
Hav, elver og innsjøer er faktisk ikke de eneste vannkildene vi har til rådighet. Et ofte oversett, men enormt vannreservoar finnes overalt rundt oss: luften.
Luften inneholder til enhver tid omkring 12 900 milliarder tonn vann, og det gjelder ikke bare i kalde og våte områder. Selv i det tørre savanneområdet Sahel, sør for Sahara, er den relative luftfuktigheten omkring tjue prosent.
Og siden luften rommer store mengder vann, kan den også forsyne oss med store mengder hydrogen – hvis bare vi kan finne en metode for å utvinne gassen.
Atmosfæren har enorme mengder hydrogen
Atmosfæren inneholder vann selv i klodens tørreste områder. Vannet i luften er en mulig kilde til hydrogen, men det krever energi å utvinne gassen. Mange av de tørreste områdene har imidlertid det største sol- og vindenergipotensialet (rødt). Altså er det kanskje nettopp i de tørreste områdene vi kan utvinne mest hydrogen ved hjelp av fornybar energi.
Det var den grunntanken som satte en forskergruppe ved universitetet i Melbourne i Australia på sporet av en ny type utvinningsapparat.
De satte seg som mål å skape en maskin som kan settes opp midt i ørkenen og produsere hydrogen.
Spalter vann med grønn strøm
Hvis vi skal utvinne hydrogen midt i ørkenen, må vi først suge vannet ut av luften og så spalte vannet sik at vi får hydrogen (H2) og oksygen (O2) hver for seg.
Det gjøres typisk gjennom en prosess der strøm «trekker» vannmolekylene fra hverandre – elektrolyse.
Elektrolyse krever imidlertid vanligvis mye energi, og så langt har hydrogen først og fremst blitt produsert ved hjelp av gass og kull – med stort CO2-utslipp som konsekvens.
Men Melbourne-forskerne har taklet elektrolysen på en helt annen måte. De har koblet en liten vindturbin til en svamp som inneholder svovelsyre, og som fortløpende suger opp vann fra luften. Vindturbinen har et vingespenn på bare omtrent 25 centimeter.
Den strømmen vindturbinen genererer, brukes til elektrolysen, der hydrogen og oksygen beveger seg mot hver sin elektrode i det lille kretsløpet.
Resultatet er at hydrogenbobler strømmer ut i et lite vannbad.
Svovelsvamp er hydrogenmaskinens hjerte
1 Svamp fanger inn vanndamp fra luften
Svampen er veldig porøs og har derfor en stor indre overflate der vannet kan absorberes. Svampen er fuktet med svovelsyre (H2SO4), som binder vannmolekyler fra luften og senere hjelper til med å spalte dem.
2 Vindturbin bidrar med strøm
En vindturbin er koblet til den positive og den negative elektroden som sitter på hver sin side av en svamp som suger opp vann fra luften. Strøm fra vindturbinen, altså negative ladninger i form av elektroner, går rundt i kretsløpet og gjennom svampen.
3 Strøm spalter vann i hydrogen og oksygen
De positive hydrogenionene (H+) vandrer mot den negative elektroden øverst, der de to og to danner vanlige hydrogenmolekyler (H2). Samtidig vandrer oksygenionene (O2−) i vannet mot den nederste elektroden, som har positiv ladning.
Forskerne som står bak hydrogenmaskinen, klarte å få apparatet til å produsere hydrogen ved en relativ luftfuktighet på bare fire prosent, og dermed kan prosessen fungere selv i verdens tørreste områder.
Forskerne i Melbourne sier derfor at oppfinnelsen kan bidra til en klimavennlig omstilling av energiproduksjonen i hele verden, også for eksempel i ørkenområder.
Vindturbin skaper hydrogenbobler
Forskere ved universitetet i Melbourne i USA har vist at apparatet de har lagd, kan produsere hydrogen enten ved hjelp av strøm fra en vindturbin, som i denne videoen, eller ved hjelp av strøm fra solceller.
I ett forsøk produserte en prototype av hydrogenmaskinen om lag 745 liter hydrogen om dagen. Det er ifølge forskerne nok hydrogen til å dekke en husstands daglige energibehov.
Men det er ikke bare her på jorden det nye apparatet kan komme til nytte. Hydrogen og oksygen har i mange år blitt brukt i raketter, og apparatet kan derfor også brukes til å produsere rakettdrivstoff.
Maskinen kan faktisk fungere på andre planeter – så lenge det enten er vind eller sollys å utnytte.
På en fremmed klode med vanndamp i atmosfæren – det finnes for eksempel i små mengder på Mars – vil hydrogenmaskinen derfor i prinsippet kunne fylle opp tankene på de bemannede romfartøyene som lander på planeten.
En liten forsøksoppstiling med en vindturbin og en svamp kan med andre ord vise seg å være avgjørende for å sikre hjemreisen for framtidige astronauter.